辽宁省交通规划设计院有限责任公司公路养护技术研发中心 辽宁沈阳 110000
摘要：预应力混凝土连续刚构桥是一种新型的桥梁结构形式,因其跨越能力较大外形尺寸小桥下净空大适应性强而具有较强的竞争力。最近20多年来,国内外建成的连续刚构桥詹遍出现不同的跨中下挠过大、梁体开裂等病害。对出现的问题一方面需要从设计理念和施工方法上找原因-,方面需要及时采取加固措施来予以弥补。
关键词：预应力混凝土；连续钢结构；桥梁加固设计
引言
大跨径预应力混凝土连续刚构桥，是采用悬臂施工跨越深沟的一种经济桥型，我国修建了相当数量的该种结构的桥型。随着运行年限的增加以及交通事业的迅速发展，交通量日益增多，该类型桥梁在大吨位、重交通荷载高速行驶的情况下，各种病害相继出现，且损伤程度逐渐增强。
1连续刚构桥常见病害
1.1跨中下挠
从我国的连续刚构桥建成后出现的情况来看,很多预应力混凝土连续刚构桥相继出现了可能会影响结构正常使用或结构耐久性的跨中下挠问题。从设计角度来说,已然考虑恒载和混凝土收缩徐变可能会引起的挠度值,并据此设置了施工预拱度,虽然会有一定的误差胆不至于偏离过大。但是月前大部分连续刚构桥下挠过大而且有继续发展的迹象。这一问题值得反思。跨中持续下挠问题是一个十分复杂的问题影响因素较多,归纳起来大致有下述原因。对收缩徐变的认识不足,设计的收缩徐变挠度远小于实际的徐变挠度导致结构下挠大;控制各施工阶段主梁挠度值的认识不足导致成桥后存在初始挠度,以致结构在长期荷载作用下徐变挠度不断增加;预应力束的布置方式与预应力度的大小;下挠会导致结构开裂而开裂又加大下挠二者相互影响形成恶性循环;对预应力长期损失估计偏低;运营阶段在长期活载作用下万舌载挠度也会引起活载徐变挠度值得增加;施工方法导致不利的成桥应力状态;过早加载导致预应力徐变损失增大从而使徐变挠度增大等。
1.2梁体开裂
大跨径预应力混凝土连续刚构的裂缝形式主要表现为腹板斜裂缝和底板裂缝。裂缝的具体分类方法很多,而我们最关心的是已产生的裂缝对结构的承载力和结构的安全性有没有影响。因此,我们从结构承载力的影响角度出发,把裂缝划分为结构裂缝和非结构裂缝两大类。这两类裂缝产生的原因不同对他们的维修加固也不同。
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1.3梁体腹板斜向裂缝
箱梁结构的抗剪能力主要与腹板厚度、箍筋配筋率及竖向预应力大小三个方面有关，一般腹板厚度和箍筋配筋率在施工时容易保证设计要求，而竖向预应力却往往不能达到设计预期效果，一旦未达到设计要求，将会使腹板主拉应力增大，最终导致腹板沿主拉应力方向斜向开裂。该裂缝为主拉应力裂缝。
2应对病害的措施
2.1主桥增设体外预应力
在桥梁中加设8束体外预应力束，每一个腹板都要设置4束，同时还要在适当的位置预留相应的预应力孔道，每一道腹板都要对应两束，其中4束是放在中跨的位置上的，设置中跨的钢束还要通过一定的处理使其在三个转向块上分两批进行下弯施工，另外4个应该固定在跨和垄段的底板位置，桥梁主要是进行通体的设置，同时其控制应力也应该控制在1116Ma之内。新增的体外预应力设计还要采用相应的预应力体系，同时还要具备一定的设备和系统，保证设计的合理性和有效性。其中预应力材料拟采用8束每幅一侧4束相应规格的无粘结镀锌钢绞线拉索。锚具采用可换索式钢绞线拉索专用锚具，符合GB/T14370要求，应通过部级鉴定。钢绞线的抗拉强度标准值为1800Mpa,弹性模量为1.95x105Mpa，符合国家制定的标准。拉索采用钢绞线镀锌、钢绞线表面油脂、钢绞线PE套、拉索HDPE套及套内灌注防腐油脂等5层防护。原中跨跨中梁高为2.5m，梁底到通航净空边缘间距为4.m，设置体外预应力束后主跨跨中梁顶到体外束在此处的转向装置下缘高度为5.2m，建筑高度增加2.7m，仍然满足桥下的通航要求。
2.2腹板粘贴钢板及芳纶纤维布
在腹板出现裂缝处每幅桥两侧腹板内侧对称粘贴钢板条，在中跨腹板斜裂缝较密集段腹板外侧粘贴预应力芳纶纤维布。这是因为虽预应力体外束可以明显地改善中跨跨中箱梁梁底的应力状态，但是通过计算分析在使用阶段中跨梁底仅有0.3Mpa的压应力储备，且现有的灌浆工艺不能保证裂缝注浆饱满密实，通过梁底粘贴碳纤维布对抑制裂缝的重新产生有一定作用，在活载作用下碳纤维布将承担大部分拉应力，从而抑制跨中底板混凝土的开裂。采用耐久性较好的外层涂装来保护纤维布。桥墩的加固可以在墩底及墩顶分别植筋浇注钢纤维混凝土。另外，钢板的粘贴是在体外预应力张拉前进行还是在其后进行，应进行详细的论证后决定。一般认为，在各种条件相同的条件下，先粘钢后张拉，则张拉对结构带来损伤的风险较小，但结构跨中压应力储备及跨中挠度改善的效果将减弱;而先张拉后粘钢，则结构跨中压应力储备及跨中挠度改善的效果较明显，但张拉对结构带来损伤的风险较大。应该说各有利弊。通过局部粘贴钢板和预应力芳纶纤维布的方式，充分补强了由于桥跨结构病害以及竖向预应力损失所带来的梁体截面刚度与抗剪强度的降低。在腹板开裂比较严重的梁段采用主动和被动相结合的方法不仅可以改善桥梁现有应力状态，而且提高了梁体的抗剪承载能力。
结束语
裂缝是反应混凝土结构病害的晴雨表。对混凝土结构裂缝的分析是一个非常复杂的问题。对结构性裂缝的判断应以结构受力分析为基点,综合考虑结构设计、施工和养护管理情况的影响,找出产生裂缝的受力机理。对非结构性裂缝的判断应综合考虑结构施工与使用期间环境因素影响和材料组成分析及构造细节处理情况。对于预应力混凝土连续刚构桥跨中下挠过大的病害笔者认为应优先考虑采用主动加固法,即对布置在构件受拉区的后加补强材料施加预应力或对箱梁施加体外预应力,以此来从根本上提高结构的承载力和抗裂性。
参考文献
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论文作者:周晓杰
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第31期
论文发表时间:2018/3/28
标签：预应力论文; 腹板论文; 裂缝论文; 挠度论文; 结构论文; 应力论文; 混凝土论文; 《建筑学研究前沿》2017年第31期论文;